(57)【要約】  所定時間内に検出された一対の消滅放射線を、同一の核種から発生したとみなして計数するＰＥＴ装置における同時計数判定に際して、最大検出時間差に応じて同時計数時間幅を変更する。これにより、余分なノイズデータの混入を防いで、画質を改善する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定時間内に検出された一対の消滅放射線を、同一の核種から発生したとみなして計数するＰＥＴ装置における同時計数判定方法において、
最大検出時間差に応じて同時計数時間幅を変更することを特徴とするＰＥＴ装置における同時計数判定方法。
【請求項２】
前記最大検出時間差が、検出器の幾何学的配置及び視野サイズに応じて事前に算出されたものである請求項１に記載のＰＥＴ装置における同時計数判定方法。
【請求項３】
前記最大検出時間差が、一対の消滅放射線の各々が到達する検出器リング間の距離であるリング差に応じて事前に算出されたものである請求項１に記載のＰＥＴ装置における同時計数判定方法。
【請求項４】
所定時間内に検出された一対の消滅放射線を、同一の核種から発生したとみなして計数するＰＥＴ装置における同時計数判定方法において、
一対の消滅放射線の各々が到達する検出器リング間の距離であるリング差に応じて同時計数時間幅を変更することを特徴とするＰＥＴ装置の同時計数判定方法。
【請求項５】
核種から発生した放射線を検出するための複数の放射線検出器と、
各放射線検出器における放射線の検出時刻を検出するための手段と、
複数の放射線検出器による検出時刻の差が所定時間内であるときに同時計数と判定する手段と、
最大検出時間差に応じて同時計数時間幅を変更する手段と、
を備えたことを特徴とするＰＥＴ装置における同時計数判定装置。
【請求項６】
前記最大検出時間差が、検出器の幾何学的配置及び視野サイズに応じて事前に算出されたものである請求項５に記載のＰＥＴ装置における同時計数判定装置。
【請求項７】
前記最大検出時間差が、一対の消滅放射線の各々が到達する検出器リング間の距離であるリング差に応じて事前に算出されたものである請求項５に記載のＰＥＴ装置における同時計数判定装置。
【請求項８】
核種から発生した放射線を検出するための複数の放射線検出器と、
各放射線検出器における放射線の検出時刻を検出するための手段と、
複数の放射線検出器による検出時刻の差が所定時間内であるときに同時計数と判定する手段と、
一対の消滅放射線の各々が到達する検出器リング間の距離であるリング差に応じて同時計数時間幅を変更する手段と、
を備えたことを特徴とするＰＥＴ装置の同時計数判定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＰＥＴ装置における同時計数判定方法及び装置に係り、特に、全身を広く覆うようなＰＥＴ装置に用いるのに好適な、このようなＰＥＴ装置の持つポテンシャルを十分に発揮することが可能な、ＰＥＴ装置における同時計判定方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在のＰＥＴ装置はリング状に検出器を並べたものが一般的であり、その長さは15cm程度であるため、被検者の一部分しか一度には画像化できない。検査のスループットの向上等の目的から、図１（側面から見た断面図）及び図２（正面から見た断面図及びブロック図）に例示する如く、被検者１０の全身をできるだけ多く覆うようなＰＥＴ装置２０の研究および開発が行われている（非特許文献１及び非特許文献２参照）。【０００３】
一般的なＰＥＴ装置で用いられる同時計数法は、図２に示す如く、数ナノ秒程度の非常に短い時間内に検出された１対の消滅放射線１４を、同一のポジトロン核種１２から発生した真の同時計数であると判定する検出法である。タイムスタンプ方式と呼ばれる、テーブル参照によって同時計数判定を行う手法(非特許文献３、４参照)が一般的であり、単純な論理ロジックでハードウェアに実装可能である。【０００４】
図において、２２は、ＰＥＴ装置２０を構成する、複数の放射線検出器（以下、単に検出器とも称する）が例えば円周上に配設された検出器リング（以下、単にリングとも称する）、２４は、各検出器による放射線の検出位置や時間情報を検出する位置・時間情報検出部、２６は、複数の検出器２２による検出時刻の差が所定の同時計数時間幅内であるときに同時計数と判定する同時計数部である。【０００５】
全身をできるだけ多く覆うようなＰＥＴ装置では高感度に全身のイメージングが可能であるが、図３に示すような既存の同時計数手法で完全データを取得するためには、ステップ１００で同時計数を判定する時間幅（同時計数時間幅）を大きくする必要があるが、余分なノイズデータ（偶発同時計数）までも取得してしまうため、ＰＥＴ装置のもつポテンシャルを十分には発揮できない。【０００６】
ポジトロン核種を判定する同時計数時間幅は、ＰＥＴ装置の持つ時間的な分解能と視野サイズから決定される。現在、ＰＥＴ装置の持つ時間的な分解能を５００ピコ秒程度にまで高めた装置が開発されている。視野中心から発生した消滅放射線が検出されるまでの時間差は少ないが、ポジトロン核種の位置が視野中心からずれるに従って検出時間差が大きくなる。従って、消滅放射線が検出器に到達するまでの検出時間差は、時間分解能と視野サイズに依存する。更に、全身を広く覆うようなＰＥＴ装置においては、時間分解能と視野サイズだけでなく、検出される検出器のリング差(一対の消滅放射線の各々が到達する検出リング間の距離)によっても時間差が生じる。図４は線源位置と同時計数線における最大検出時間差ＴＤの関係を示したものである（ただし図４ではリング直径Ｒは６６cmとし、時間分解能は考慮していない）。図において、□印はオフセットが０ｃｍ、○印は同じく５ｃｍ、△印は同じく１０ｃｍ、◇印は同じく１５ｃｍの場合である。図から明らかなように、検出時間差ＴＤは、オフセットが大きくなる程、又、大きなリング差Ｒｄを持つ同時計数線ほど大きくなる。【０００７】
なお、特許文献１、２は、ＰＥＴ／ＣＴにおいて、事前にCTから計測対象のサイズを算出し、最大検出時間差の異なる同時計数線ごとに同時計数時間幅を設定することで、装置のS/Nを改善する方法を提案している。しかしながら、本手法は測定対象ごとに同時計数時間幅の最適化が必要であり、500ps程度の時間分解能では断面内での検出時間差は限定的である。また、本手法は必ずCTの情報を必要とし、ハードウェア実装が困難である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】米国特許第7402807B2号明細書
【特許文献２】米国特許公開第20070106154A1号明細書
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】M. Watanabe, et al., IEEE Trans. Nucl. Sci., vol. 51, 796-800, 2004.
【非特許文献２】L. Eriksson, et al., Nucl. Instr. Meth. A, vol. 580, 836-842, 2007.
【非特許文献３】H.M. Dent, W.F. Jones, and M.E. Casey, ”A real time digital coincidence processor for positron emission tomography”, IEEE Trans. Nucl. Sci. Vol. 33, 556-559, 1986
【非特許文献４】D. F. Newport, H. M. Dent, M. E. Casey, and D. W. Bouldin, “Coincidence Detection and Selection in Positron Emission Tomography Using VLSI”, IEEE Trans. Nucl. Sci. Vol. 36, 1052-1055, 1989
【非特許文献５】T. Yamaya, T. Inaniwa, S. Minohara, E. Yoshida, N. Inadama, F. Nishikido, et al., Phys. Med. Biol., vol. 53, 757-773, 2008
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
全身を広く覆うようなＰＥＴ装置においては被検者の周りを可能な限りリングで覆うことで超高感度撮像が可能であるが、リング差が非常に大きくなるため、傾斜した同時計数線を有効に利用する必要がある。従来のＰＥＴ装置に比べて、傾斜した同時計数線は検出器に到達するまでの時間差の幅が大きくなるため、単純に同時計数時間幅を広くすると、余分なノイズデータを取得して画質を劣化させてしまう。また、全身を広く覆うようなＰＥＴ装置においては超高感度計測が可能であるため、従来よりも非常に膨大なデータを収集する必要がある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
任意の同時計数における最大検出時間差は、時間分解能の他に同時計数線が視野を通過する距離に依存する。それぞれの同時計数によって必要とされる同時計数時間幅は、検出器の幾何学的配置及び視野サイズによって事前に算出することができる。任意の同時計数において最大検出時間差となる線源位置は視野との交点になる。図５に視野の最も外側に線源がある場合の同時計数線の例を示す。それぞれの同時計数線の検出時間差はC<B<Aの順に大きくなる。従ってＰＥＴ装置の幾何学的配置及び視野サイズから最大検出時間差を算出して、同時計数線ごとに同時計数時間幅を設定することで、余分なノイズデータの混入を防ぐことが可能となる。しかしながら、撮影対象は一般的に視野中心付近に分布するので断面内での検出時間差は限定的である。更に、全身を広く覆うようなＰＥＴ装置においては、検出された同時計数線のリング差によっても大きな検出時間差が生じる。図４にも示すように、体軸方向における最大検出時間差TDは次式のように定義される。【００１２】
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【００１３】
ここでRdはリング差、Rはリング直径、offsetは視野中心からのずれ、cは光の速度であり、TRは検出器の時間分解能である。【００１４】
リング差による検出時間差は、検出器リングの幾何学的な配置によって決まるため事前に算出可能である。【００１５】
本発明は、このような点に着目してなされたもので、所定時間内に検出された一対の消滅放射線を、同一の核種から発生したとみなして計数するＰＥＴ装置における同時計数判定方法において、最大検出時間差に応じて同時計数時間幅を変更することにより、前記課題を解決したものである。【００１６】
ここで、前記最大検出時間差を、検出器の幾何学的配置及び視野サイズに応じて事前に算出することができる。【００１７】
また、前記最大検出時間差を、一対の消滅放射線の各々が到達する検出器リング間の距離であるリング差に応じて事前に算出することができる。【００１８】
本発明は、また、所定時間内に検出された一対の消滅放射線を、同一の核種から発生したとみなして計数するＰＥＴ装置における同時計数判定方法において、一対の消滅放射線の各々が到達する検出器リング間の距離であるリング差に応じて最大検出時間差及び／又は同時計数時間幅を変更することにより、前記課題を解決したものである。【００１９】
本発明は、又、核種から発生した放射線を検出するための複数の放射線検出器と、
各放射線検出器における放射線の検出時刻を検出するための手段と、
複数の放射線検出器による検出時刻の差が所定時間内であるときに同時計数と判定する手段と、
最大検出時間差に応じて同時計数時間幅を変更する手段と、
を備えたことを特徴とするＰＥＴ装置における同時計数判定装置を提供するものである。【００２０】
本発明は、又、核種から発生した放射線を検出するための複数の放射線検出器と、
各放射線検出器における放射線の検出時刻を検出するための手段と、
複数の放射線検出器による検出時刻の差が所定時間内であるときに同時計数と判定する手段と、
一対の消滅放射線の各々が到達する検出器リング間の距離であるリング差に応じて同時計数時間幅を変更する手段と、
を備えたことを特徴とするＰＥＴ装置における同時計数判定装置を提供するものである。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、リング差に応じて適切な同時計数時間幅を設定することで、余分なノイズデータの混入を防ぐことができる。【００２２】
本発明によって、図６に例示する如く、リング差の小さい同時計数線は、視野を確保できる範囲で同時計数時間幅を例えば段階的に狭めることで、余分なノイズデータの混入を防ぎ、全身を広く覆うようなＰＥＴ装置の画質の向上が可能である。【００２３】
本発明は、全身を広く覆うようなＰＥＴ装置の実現に向けた要素技術の１つになり得、本発明を用いることによって全身を広く覆うようなＰＥＴ装置の持つポテンシャルを十分に発揮することが可能になる。【００２４】
本発明は、従来の同時計数回路系に検出時間差算出部とリング差判定部を追加するだけで実装可能であるため、ハードウェアによるオンライン処理に適する。【００２５】
検出器リングは、図７に示すように、完全なリング状の場合（ａ）の他、検出器の一部を取り除いた場合(b)や、リング間に隙間がある場合(c)においても、仮想的なリングとして同様に取り扱うことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】ＰＥＴ装置の構成の例を示す、側面から見た断面図
【図２】同じく、同時計数回路系を含む、正面から見た断面図及びブロック図
【図３】従来の同時計数判定処理を示す流れ図
【図４】検出位置と最大検出時間差の関係の例を示す図
【図５】視野の最も外側にある線源における同時計数線の例を示す図
【図６】本発明によるリング差と最大検出時間差の関係の例を示す図
【図７】ＰＥＴ装置における検出器リングの様々な例を示す斜視図
【図８】本発明による同時計数判定系の実施形態の構成を示すブロック図
【図９】同じく、同時計数判定処理を示す流れ図
【図１０】同じく、同時計数時間幅と検出時間差タグの関係の例を示す図
【図１１】同じく、最大リング差とリング差タグの関係の例を示す図
【図１２】同じく、最大検出時間差のテーブルの例を示す図
【図１３】実施例における円筒ファントムによる画質の改善効果を示す図
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。
【００２８】
図８は本実施形態における同時計数判定系の構成を示すブロック図、図９は、同じく同時計数判定処理を説明するフロー図である。
【００２９】
図８に示す同時計数判定系は、図２に示した従来例と同様の同時計数部２６と、検出時間差算出部３０と、リング差算出部３２と、判定３４を含む。
【００３０】
図９は、リング差に基づき同時計数時間判定幅を分割した際の本発明によるデータ処理例を示したものである。リング数を１２個、12nsの同時計数時間幅を4nsごとに３分割すると仮定すると、検出時間差算出部３０は図１０に例示する如く、同時計数時間判定幅に基づき３分割された範囲でタグ（T1, T2, T3）を有し、リング差算出部３２も同様に図１１に例示する如く、最大リング差に基づき３分割されたタグ（R1, R2, R3）を有する。ここで、検出時間差タグ及びリング差タグは、それぞれ、例えばT1<T2<T3及びR1<R2<R3の制限を有する。
【００３１】
検出時間差算出部３０で検出時間差を算出し（ステップ１１０）、リング差算出部３２でリング差を算出し（ステップ１２０）、判定部３４において、検出時間差とリング差を判定する（ステップ１３０）ことで、リング差ごとに最適な同時計数時間幅でデータ収集が可能である。ここで、判定部３４において、事前に、図１２に例示するような、それぞれのリング差が許容する最大検出時間差のテーブルを作成しておき、得られたリング差タグと検出時間差タグを参照することで、リング差ごとに最適な同時計数時間幅でデータ収集が可能である。
【００３２】
全身を広く覆うようなＰＥＴ装置においては検出器の数が膨大になることから開放型ＰＥＴ装置（非特許文献５参照）の手法を用いて、図７(c)のように検出器リング間に隙間を設けることでコストを低減できると考えられる。検出器リング間の隙間の画像は傾斜した同時計数線のみから算出するため、本発明によって装置系に最適な同時計数判定が可能になる。
【実施例】
【００３３】
全身を広く覆うようなＰＥＴ装置を想定したシミュレーションを実施した。本装置は２．９ｘ２．９ｘ２０ｍｍ厚のＬＳＯシンチレータをアレイ状にしたブロック検出器を用いて、６６ｃｍのリング径と１２０ｃｍの長さを持つ多重検出器リングを構成する。リング中央に直径２０ｃｍ長さ１ｍの円柱ファントムを設置した。検出器の時間分解能は５００ピコ秒、同時計数時間幅は９ナノ秒とした。図６は実施例におけるリング差と最大検出時間差の関係を示したものであり、リング差ごとに５段階の最大検出時間差の閾値を設定した。【００３４】
図１３に、本発明を適用した際の雑音等価計数（ＮＥＣＲ）を示す（S.C. Strother, M.E. Casey, E.J. Hoffman, IEEE Trans. Nucl. Sci., vol. 37, 783-788, 1990参照）。【００３５】
ＮＥＣＲは円筒ファントムにおける画質を評価するための指針であり、ＰＥＴ装置の性能を評価する際に多用され、以下の式で表される。【００３６】
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【００３７】
ここでＴは真の同時計数率、Ｓは散乱同時計数率、Ｒは偶発同時計数率である。得られた結果から、本発明を適用することで画質の改善が示唆された。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
現状ではコスト面や処理するデータ量の増加等によって実現していない、全身を広く覆うようなＰＥＴ装置であるが、今後の技術革新によってこれらの問題は解決される可能性も十分ある。全身を広く覆うようなＰＥＴ装置が実現した際には同時計数判定手法の最適化が必要となり本発明を活用することができると。
【符号の説明】
【００３９】
１０…被検体
１２…ポジトロン核種
２０…ＰＥＴ装置
２２…検出器リング
２４…位置・時間情報検出部
２６…同時計数部
３０…検出時間差算出部
３２…リング差算出部
３４…判定部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
2011125181.tif 000012
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【国際調査報告】
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2011125181.tif 000019
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